គោលការណ៍ និងស្ថានភាពបច្ចុប្បន្នរបស់ គឧបករណ៍ចាប់រូបភាព avalanche (ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព APD) ផ្នែកទីពីរ
2.2 រចនាសម្ព័ន្ធបន្ទះឈីប APD
រចនាសម្ព័ន្ធបន្ទះឈីបសមហេតុផលគឺជាការធានាជាមូលដ្ឋាននៃឧបករណ៍ដំណើរការខ្ពស់។ការរចនារចនាសម្ព័ន្ធរបស់ APD ពិចារណាជាចម្បងទៅលើពេលវេលា RC ថេរ ការចាប់យករន្ធនៅ heterojunction ពេលវេលាឆ្លងកាត់ក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនតាមរយៈតំបន់ depletion និងដូច្នេះនៅលើ។ការអភិវឌ្ឍន៍នៃរចនាសម្ព័ន្ធរបស់វាត្រូវបានសង្ខេបដូចខាងក្រោម:
(1) រចនាសម្ព័ន្ធមូលដ្ឋាន
រចនាសម្ព័ន្ធ APD សាមញ្ញបំផុតគឺផ្អែកលើ PIN photodiode តំបន់ P និងតំបន់ N ត្រូវបាន doped យ៉ាងខ្លាំង ហើយតំបន់ N-type ឬ P-type-repellant region ត្រូវបានណែនាំនៅក្នុងតំបន់ P ឬតំបន់ N ដែលនៅជាប់គ្នាដើម្បីបង្កើតអេឡិចត្រុងបន្ទាប់បន្សំ និងរន្ធ។ គូ ដើម្បីដឹងពីការពង្រីកនៃ photocurrent បឋម។សម្រាប់សមា្ភារៈស៊េរី InP ដោយសារតែមេគុណអ៊ីយ៉ូដនៃផលប៉ះពាល់រន្ធគឺធំជាងមេគុណអ៊ីយ៉ូដនៃផលប៉ះពាល់អេឡិចត្រុង តំបន់ទទួលបាននៃសារធាតុញៀនប្រភេទ N ជាធម្មតាត្រូវបានដាក់នៅក្នុងតំបន់ P ។នៅក្នុងស្ថានភាពដ៏ល្អមួយ មានតែរន្ធដែលត្រូវបានចាក់ចូលទៅក្នុងតំបន់ទទួលបាន ដូច្នេះរចនាសម្ព័ន្ធនេះត្រូវបានគេហៅថារចនាសម្ព័ន្ធចាក់តាមរន្ធ។
(២) ការស្រូប និងការទទួលបានត្រូវបានសម្គាល់
ដោយសារតែលក្ខណៈគម្លាតនៃក្រុមតន្រ្តីធំទូលាយនៃ InP (InP គឺ 1.35eV និង InGaAs គឺ 0.75eV) InP ជាធម្មតាត្រូវបានគេប្រើជាសម្ភារៈតំបន់ទទួលបាន និង InGaAs ជាសម្ភារៈតំបន់ស្រូបយក។
(3) រចនាសម្ព័ន្ធស្រូបយក ជម្រាល និងការកើនឡើង (SAGM) ត្រូវបានស្នើឡើងរៀងៗខ្លួន
នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ ឧបករណ៍ APD ពាណិជ្ជកម្មភាគច្រើនប្រើសម្ភារៈ InP/InGaAs, InGaAs ជាស្រទាប់ស្រូបយក, InP នៅក្រោមវាលអគ្គិសនីខ្ពស់ (> 5x105V/cm) ដោយគ្មានការបំបែក អាចត្រូវបានប្រើជាសម្ភារៈតំបន់ទទួលបាន។សម្រាប់សម្ភារៈនេះ ការរចនានៃ APD នេះគឺថាដំណើរការ avalanche ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុង N-type InP ដោយការប៉ះទង្គិចនៃរន្ធ។ដោយពិចារណាលើភាពខុសគ្នាដ៏ធំនៅក្នុងគម្លាតក្រុមរវាង InP និង InGaAs ភាពខុសគ្នានៃកម្រិតថាមពលប្រហែល 0.4eV នៅក្នុងក្រុម valence ធ្វើឱ្យរន្ធដែលបង្កើតនៅក្នុងស្រទាប់ស្រូបយក InGaAs ស្ទះនៅគែម heterojunction មុនពេលឈានដល់ស្រទាប់មេគុណ InP ហើយល្បឿនគឺខ្លាំង។ កាត់បន្ថយ ដែលបណ្តាលឱ្យមានពេលវេលាឆ្លើយតបយូរ និងកម្រិតបញ្ជូនតូចចង្អៀតនៃ APD នេះ។បញ្ហានេះអាចត្រូវបានដោះស្រាយដោយបន្ថែមស្រទាប់ផ្លាស់ប្តូរ InGaAsP រវាងវត្ថុធាតុទាំងពីរ។
(4) រចនាសម្ព័ន្ធស្រូបយក ជម្រាល បន្ទុក និងការកើនឡើង (SAGCM) ត្រូវបានស្នើឡើងរៀងៗខ្លួន
ដើម្បីកែតម្រូវបន្ថែមទៀតនូវការចែកចាយវាលអគ្គិសនីនៃស្រទាប់ស្រូបយក និងស្រទាប់ទទួលបាន ស្រទាប់បន្ទុកត្រូវបានណែនាំទៅក្នុងការរចនាឧបករណ៍ ដែលធ្វើអោយល្បឿន និងការឆ្លើយតបរបស់ឧបករណ៍មានភាពប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំង។
(5) រចនាសម្ព័ន SAGCM ដែលប្រសើរឡើង (RCE)
នៅក្នុងការរចនាដ៏ល្អប្រសើរខាងលើនៃឧបករណ៍រាវរកបែបប្រពៃណី យើងត្រូវប្រឈមមុខនឹងការពិតដែលថាកម្រាស់នៃស្រទាប់ស្រូបយកគឺជាកត្តាផ្ទុយសម្រាប់ល្បឿនឧបករណ៍ និងប្រសិទ្ធភាពកង់ទិច។កម្រាស់ស្តើងនៃស្រទាប់ស្រូបអាចកាត់បន្ថយពេលវេលាដឹកជញ្ជូនរបស់ក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ដូច្នេះកម្រិតបញ្ជូនដ៏ធំអាចទទួលបាន។ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ ដើម្បីទទួលបានប្រសិទ្ធភាព quantum ខ្ពស់ ស្រទាប់ស្រូបយកត្រូវមានកម្រាស់គ្រប់គ្រាន់។ដំណោះស្រាយចំពោះបញ្ហានេះអាចជារចនាសម្ព័ន្ធបែហោងធ្មែញ resonant (RCE) ពោលគឺ Bragg Reflector (DBR) ដែលត្រូវបានចែកចាយត្រូវបានរចនាឡើងនៅខាងក្រោម និងផ្នែកខាងលើនៃឧបករណ៍។កញ្ចក់ DBR មានសម្ភារៈពីរប្រភេទដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរទាប និងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរខ្ពស់នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធ ហើយទាំងពីរនេះលូតលាស់ឆ្លាស់គ្នា ហើយកម្រាស់នៃស្រទាប់នីមួយៗត្រូវនឹងរលកពន្លឺឧបទ្ទវហេតុ 1/4 នៅក្នុង semiconductor ។រចនាសម្ព័ន្ធ resonator នៃឧបករណ៍ចាប់អាចបំពេញតាមតម្រូវការល្បឿន, កម្រាស់នៃស្រទាប់ស្រូបយកអាចត្រូវបានធ្វើឱ្យស្តើងណាស់, និងប្រសិទ្ធភាពកង់ទិចនៃអេឡិចត្រុងត្រូវបានកើនឡើងបន្ទាប់ពីការឆ្លុះបញ្ចាំងជាច្រើន។
(6) រចនាសម្ព័ន្ធមគ្គុទ្ទេសក៍រលកភ្ជាប់គែម (WG-APD)
ដំណោះស្រាយមួយផ្សេងទៀតដើម្បីដោះស្រាយភាពផ្ទុយគ្នានៃផលប៉ះពាល់ផ្សេងៗគ្នានៃកម្រាស់ស្រទាប់ស្រូបយកទៅលើល្បឿនឧបករណ៍ និងប្រសិទ្ធភាពកង់ទិចគឺដើម្បីណែនាំរចនាសម្ព័ន្ធរបាំងរលកដែលភ្ជាប់គែម។រចនាសម្ព័ន្ធនេះចូលទៅក្នុងពន្លឺពីចំហៀងដោយសារតែស្រទាប់ស្រូបយកគឺវែងណាស់វាងាយស្រួលក្នុងការទទួលបានប្រសិទ្ធភាពបរិមាណខ្ពស់ហើយនៅពេលជាមួយគ្នានោះស្រទាប់ស្រូបយកអាចស្តើងណាស់កាត់បន្ថយពេលវេលាឆ្លងកាត់ក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន។ដូច្នេះរចនាសម្ព័ន្ធនេះដោះស្រាយភាពអាស្រ័យផ្សេងគ្នានៃកម្រិតបញ្ជូននិងប្រសិទ្ធភាពលើកម្រាស់នៃស្រទាប់ស្រូបយកហើយត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងសម្រេចបាននូវអត្រាខ្ពស់និងប្រសិទ្ធភាព Quantum APD ។ដំណើរការនៃ WG-APD គឺសាមញ្ញជាង RCE APD ដែលលុបបំបាត់ដំណើរការរៀបចំដ៏ស្មុគស្មាញនៃកញ្ចក់ DBR ។ដូច្នេះវាកាន់តែមានលទ្ធភាពក្នុងវិស័យជាក់ស្តែង និងសមរម្យសម្រាប់ការតភ្ជាប់អុបទិកយន្តហោះទូទៅ។
3. សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ការអភិវឌ្ឍនៃការធ្លាក់ព្រិលឧបករណ៍ចាប់រូបភាពសម្ភារៈ និងឧបករណ៍ត្រូវបានពិនិត្យ។អត្រាអ៊ីយ៉ូដនៃការប៉ះទង្គិចគ្នារវាងអេឡិចត្រុង និងរន្ធនៃវត្ថុធាតុ InP គឺនៅជិតនឹងរបស់ InAlAs ដែលនាំទៅដល់ដំណើរការទ្វេរដងនៃ symbions នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនទាំងពីរ ដែលធ្វើឱ្យអគារ avalanche ចំណាយពេលយូរ និងសំឡេងកើនឡើង។បើប្រៀបធៀបទៅនឹងសមា្ភារៈ InAlAs សុទ្ធ InGaAs (P) / InAlAs និង In (Al) GaAs/InAlAs រចនាសម្ព័ន្ធអណ្តូងរ៉ែមានសមាមាត្រកើនឡើងនៃមេគុណអ៊ីយ៉ូដនៃការប៉ះទង្គិច ដូច្នេះការសម្តែងសំលេងអាចផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងខ្លាំង។នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃរចនាសម្ព័ន្ធ, រចនាសម្ព័ន្ធ SAGCM ដែលប្រសើរឡើង resonator (RCE) SAGCM និង Edge-coupled waveguide structure (WG-APD) ត្រូវបានបង្កើតឡើងក្នុងគោលបំណងដើម្បីដោះស្រាយភាពផ្ទុយគ្នានៃផលប៉ះពាល់ផ្សេងគ្នានៃកម្រាស់ស្រទាប់ស្រូបយកនៅលើល្បឿនឧបករណ៍និងប្រសិទ្ធភាពបរិមាណ។ដោយសារតែភាពស្មុគស្មាញនៃដំណើរការនេះ ការអនុវត្តជាក់ស្តែងពេញលេញនៃរចនាសម្ព័ន្ធទាំងពីរនេះចាំបាច់ត្រូវស្វែងយល់បន្ថែម។
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ១៤-វិច្ឆិកា-២០២៣